TWI390378B - Control circuit and method of Chi - back power converter - Google Patents
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Description
本發明係有關一種馳返式電源轉換器,特別是關於一種馳返式電源轉換器的控制電路及方法。
所有的電子裝置都需要電源來進行操作,在電源供應器中,由於切換式電源轉換器具有較好的效能及能提供適當輸出調節,因此被廣泛的應用。然而,當切換式電源轉換器的負載為輕載時,將因切換損失(switching loss)而造成效能降低,為了改善電源轉換器在輕載時的效能,有人提出一種休眠模式(burst mode)來減少輕載時的平均切換頻率及切換損失。圖1顯示習知的電流模式馳返式電源轉換器10,其中整流器12將交流電壓Vac整流產生直流的輸入電壓Vin,控制電路16偵測通過功率開關18的電流得到感測信號Vcs,並根據感測信號Vcs及迴授信號Vcomp產生控制信號VGATE
切換功率開關18以使變壓器14將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo,光耦合器(opto-coupler)20根據輸出電壓Vo產生迴授信號Vcomp迴授至控制電路16,其中迴授信號Vcomp為輸出電壓Vo的函數。
圖2顯示圖1中的控制電路16,其中休眠電路22包括磁滯比較器24根據迴授信號Vcomp及預設的電壓Burst_level產生遮蔽信號Smask以遮蔽時脈CLK,在控制
電路16中,脈寬調變(pulse width modulation;PWM)電路28包含比較器30比較感測信號Vcs及迴授信號Vcomp產生比較信號Sc,正反器32根據及閘26的輸出及比較信號Sc產生控制信號VGATE
。圖3顯示圖2中信號的波形,其中波形34係負載,波形36為迴授信號Vcomp,波形38為控制信號VGATE
。參照圖2及圖3,在正常操作期間,如時間t1至t2,即負載為重載時,迴授信號Vcomp大於電壓VBURH
及VBURL
,如波形36所示,因此時脈CLK沒有被遮蔽,因而持續輸出控制信號VGATE
切換功率開關18,如波形38所示,其中電壓VBURH
及VBURL
是磁滯比較器24根據電壓Burst_level而產生的磁滯邊界,在時間t2時,負載由重載轉為輕載,因此迴授信號Vcomp開始下降,當迴授信號Vcomp低於電壓VBURL
時,如時間t3所示,電源轉換器10進入休眠模式。在休眠模式期間,當迴授信號Vcomp低於電壓VBURL
時,遮蔽信號Smask的邏輯準位轉為”0”以遮蔽時脈CLK,直至迴授信號Vcomp高於電壓VBURH
時,如時間t4所示,遮蔽信號Smask的邏輯準位才轉為”1”以釋放時脈CLK,因而產生休眠週期(burst cycle)以調節輸出電壓Vo以及傳送足夠的輸出能量,休眠週期如圖3的時間t3至t5所示。
圖4顯示在不同輸入電壓Vin下的感測信號Vcs,其中波形40為迴授信號Vcomp,波形42為高輸入電壓Vin時的感測信號Vcs,波形44為低輸入電壓Vin時的感測信號Vcs。圖5顯示在不同輸入電壓Vin下的休眠模式進入
點,其中波形46為電壓VBRUH
,波形48為電壓VBRUL
,波形50為高輸入電壓Vin時的迴授信號Vcomp,波形52為低輸入電壓Vin時的迴授信號Vcomp。參照圖1及圖4,當輸入電壓Vin為高壓時,感測信號Vcs的上升速度較快,如波形42所示,當輸入電壓Vin為低壓時,感測信號Vcs的上升速度較慢,如波形44所示,當感測信號Vcs達到迴授信號Vcomp時,由於信號的傳遞延遲(propagating delay),故必須再經一段傳遞延遲時間Tp,功率開關18才會關閉(turn off),又高輸入電壓Vin時的感測信號Vcs上升比較快,因此高輸入電壓Vin的感測信號Vcs峰值將比低輸入電壓Vin的感測信號Vcs高,也就是說,高輸入電壓Vin時變壓器14一次側上電流I1的峰值將比低輸入電壓Vin時的電流I1高。在休眠模式期間,電流I1的最小脈衝
I1min
=(Burst_level/Rcs)+(Vin/Lm)×Tp 公式1
其中,Lm為激磁電感。由於電源轉換器10進入休眠模式後,每一休眠週期的平均頻率將在可聽見的噪音範圍100Hz~20kHz,因此,電流I1越高噪音將變得越嚴重。此外,電流I1的峰值不同也將導致迴授信號Vcomp的改變,參照圖5,在高輸入電壓Vin時,電流I1具有較高的峰值,因此迴授信號Vcomp的準位較低,如波形50所示,這將造成電源轉換器10較快進入休眠模式,在低輸入電壓Vin
時,電流I1具有較低的峰值,因此迴授信號Vcomp的準位較高,如波形52所示,故低輸入電壓Vin的休眠模式進入點B晚於高輸入電壓Vin的休眠模式進入點A。
因此,一種能補償傳遞延遲進而補償休眠模式進入點的裝置及方法,乃為所冀。
本發明的目的,在於提出一種馳返式電源轉換器的控制電路及方法,其可以補償傳遞延遲進而補償休眠模式進入點。
一電源轉換器包括一變壓器連接一功率開關,該功率開關因應一控制信號而切換以使該變壓器將一輸入電壓轉換為一輸出電壓。根據本發明,一種應用在該電源轉換器的控制電路包括一休眠電路根據一第一迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入休眠模式,一補償電路補償該第一迴授信號產生一第二迴授信號,以及一脈寬調變電路根據該第二迴授信號及一感測信號產生該控制信號,其中,該第一迴授信號為該輸出電壓的函數,該感測信號為通過該功率開關之電流的函數。該補償電路補償該第一迴授信號係為了讓該休眠模式的進入點不受該輸入電壓的影響。
另一種應用在該電源轉換器的控制電路包括一休眠電路根據一迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入休眠模式,一補償電路補償一感測信號產生一第二感
測信號,以及一脈寬調變電路根據該迴授信號及第二感測信號產生該控制信號,其中,該迴授信號為該輸出電壓的函數,該第一感測信號為通過該功率開關之電流的函數。該補償電路補償該第一感測信號係為了讓該休眠模式的進入點不受該輸入電壓的影響。
圖6顯示本發明的第一實施例。參照圖1,以圖6所示的控制電路54取代圖1中的控制電路16。在控制電路54中,補償電路56補償迴授信號Vcomp產生迴授信號Vcomp_c,休眠電路58根據迴授信號Vcomp及預設的電壓Burst_level產生遮蔽信號Smask以決定電源轉換器10是否進入休眠模式,脈寬調變電路60根據感測信號Vcs、迴授信號Vcomp_c及遮蔽信號Smask產生控制信號VGATE
以切換功率開關18。圖7顯示圖6控制電路54的更詳細電路,補償電路56包括一加法器62具有正輸入622連接迴授信號Vcomp、負輸入624連接與時脈CLK同步的鋸齒波Sramp以及輸出626輸出信號Vcmop_c,由於輸入電壓Vin越高傳遞延遲的影響越大,而電流I1的峰值也越高,故將迴授信號Vcomp減去鋸齒波Sramp以使補償後的迴授信號Vcomp_c具有正斜率(right slope),休眠電路58包括磁滯比較器64根據迴授信號Vcomp及電壓Burst_level產生遮蔽信號Smask至及閘66以遮蔽時脈CLK,進而減少功率開關18的切換次數,脈寬調變電路
60包括比較器68比較感測信號Vcs及信號Vcomp_c產生比較信號S2,正反器70具有設定端S連接及閘66所輸出的信號S1、重置端R連接信號S2以及輸出端Q輸出控制信號VGATE
。
圖8顯示鋸齒波Sramp的波形,其具有一寬度w等於功率開關18的切換週期的6.25%,而其峰值及谷值之間的差值H約等於0.15V。圖9顯示補償後的迴授信號Vcomp_c以及不同輸入電壓Vin下的感測信號Vcs的波形,其中波形72為迴授信號Vcomp_c,波形74為高輸入電壓下的感測信號Vcs,波形76為低輸入電壓Vin下的感測信號Vcs。在此實施例中,補償後的迴授信號Vcomp_c的最大值與最小值之間的差約為0.15V,並具有正斜率,當輸入電壓Vin為高壓時,感測信號Vcs上升速度快,如波形74所示,故對高輸入電壓Vin下的感測信號Vcs而言,迴授信號Vcomp_c的準位較低,當輸入電壓Vin為低壓時,感測信號Vcs上升速度慢,如波形76所示,故對低輸入電壓Vin下的感測信號Vcs而言,迴授信號Vcomp_c的準位較高,由於高輸入電壓Vin的感測信號Vcs在較低的準位達到迴授信號Vcomp_c,而低輸入電壓Vin的感測信號在較高的準位達到迴授信號Vcomp_c,故在經過傳遞延遲時間Tp後,兩者的峰值幾乎相同,也就是說,不論是在高輸入電壓或低輸入電壓下,通過功率開關18的電流I1幾乎相同,傳遞延遲的影響被最小化。
在以鋸齒波Sramp補償迴授信號Vcomp後,在不同
的輸入電壓Vin下通過功率開關18的電流I1幾乎相同,故休眠模式的進入點不再因不同的輸入電壓Vin而改變,傳遞延遲的影響被最小化。在休眠模式下,電流I1的峰值也不再因高輸入電壓Vin而上升,故能減少噪音。
圖10顯示本發明的第二實施例,在控制電路80中同樣包括休眠電路58、脈寬調變電路60與及閘66,此外,還包括補償電路82用以補償感測信號Vcs產生感測信號Vcs_c,脈寬調變電路60中的比較器68比較感測信號Vcs_c及迴授信號Vcomp產生信號S2至正反器70的重置端R。補償電路82包括加法器84具有兩正輸入842及844分別連接感測信號Vcs及鋸齒波Sramp以及一輸出846送出補償後的感測信號Vcs_c。同樣的,在以鋸齒波Sramp補償感測信號Vcs後,可以使通過功率開關18的電流I1之峰值在不同的輸入電壓Vin下幾乎相同,因而讓休眠模式的進入點不再因不同的輸入電壓Vin而改變。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的,而無意限定本發明精確地為所揭露的形式,基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的,實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述,本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧電源轉換器
12‧‧‧整流器
14‧‧‧變壓器
16‧‧‧控制電路
18‧‧‧功率開關
20‧‧‧光耦合器
22‧‧‧休眠電路
24‧‧‧磁滯比較器
26‧‧‧及閘
28‧‧‧脈寬調變電路
30‧‧‧比較器
32‧‧‧正反器
34‧‧‧負載的波形
36‧‧‧迴授信號的波形
38‧‧‧控制信號VGATE
的波形
40‧‧‧迴授信號Vcomp的波形
42‧‧‧感測信號Vcs的波形
44‧‧‧感測信號Vcs的波形
46‧‧‧電壓VBURH
的波形
48‧‧‧電壓VBURL
的波形
50‧‧‧迴授信號Vcomp的波形
52‧‧‧迴授信號Vcomp的波形
54‧‧‧控制電路
56‧‧‧補償電路
58‧‧‧休眠電路
60‧‧‧脈寬調變電路
62‧‧‧加法器
622‧‧‧加法器62的正輸入
624‧‧‧加法器62的負輸入
626‧‧‧加法器62的輸出
64‧‧‧磁滯比較器
66‧‧‧及閘
68‧‧‧比較器
70‧‧‧正反器
72‧‧‧迴授信號Vcomp_c的波形
74‧‧‧感測信號Vcs的波形
76‧‧‧感測信號Vcs的波形
80‧‧‧控制電路
82‧‧‧補償電路
84‧‧‧加法器
842‧‧‧加法器84的正輸入
844‧‧‧加法器84的正輸入
846‧‧‧加法器84的輸出
圖1顯示習知的電流模式馳返式電源轉換器;圖2顯示圖1中的控制電路;圖3顯示圖2中信號的波形;圖4顯示在不同輸入電壓Vin下的感測信號Vcs;圖5顯示在不同輸入電壓Vin下的休眠模式進入點;圖6顯示本發明的第一實施例;圖7顯示圖6中控制電路的更詳細電路;圖8顯示鋸齒波Sramp的波形;圖9顯示補償後的迴授信號Vcomp_c以及不同輸入電壓Vin下感測信號Vcs的波形;以及圖10顯示本發明的第二實施例。
54‧‧‧控制電路
56‧‧‧補償電路
58‧‧‧休眠電路
60‧‧‧脈寬調變電路
62‧‧‧加法器
622‧‧‧加法器62的正輸入
624‧‧‧加法器62的負輸入
626‧‧‧加法器62的輸出
64‧‧‧磁滯比較器
66‧‧‧及閘
68‧‧‧比較器
70‧‧‧正反器
Claims (20)
- 一種馳返式電源轉換器的控制電路,該電源轉換器包含一變壓器連接一功率開關,該功率開關因應一控制信號而切換以使該變壓器將一輸入電壓轉換為一輸出電壓,該控制電路包括:一補償電路,以一鋸齒波補償一第一迴授信號產生一第二迴授信號,該第一迴授信號為該輸出電壓的函數;以及一脈寬調變電路,根據該第二迴授信號及一感測信號產生該控制信號,該感測信號為通過該功率開關之電流的函數;其中,該鋸齒波用以穩定該電源轉換器的休眠模式的進入點。
- 如請求項1之控制電路,其中該脈寬調變電路包括:一比較器,比較該第二迴授信號及感測信號產生一比較信號;以及一正反器,根據該比較信號及一時脈產生該控制信號。
- 如請求項1之控制電路,其中該補償電路包括一加法器具有一正輸入連接該第一迴授信號、一負輸入連接該鋸齒波以及一輸出提供該第二迴授信號。
- 如請求項1之控制電路,更包括一休眠電路根據該第一迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入該休眠模式。
- 如請求項4之控制電路,其中該休眠電路包括一比較器根據該第一迴授信號及預設值產生一遮蔽信號以減少該功率開關的切換次數。
- 如請求項5之控制電路,其中該比較器包括一磁滯比較器。
- 一種馳返式電源轉換器的控制方法,該電源轉換器包含一變壓器連接一功率開關,該功率開關因應一控制信號而切換以使該變壓器將一輸入電壓轉換為一輸出電壓,該控制方法包括下列步驟:偵測該輸出電壓產生一第一迴授信號;偵測通過該功率開關的電流產生一感測信號;根據該第一迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入休眠模式;補償該第一迴授信號產生一第二迴授信號;以及根據該第二迴授信號及感測信號產生該控制信號;其中,補償該第一迴授信號係為了讓該休眠模式的進入點不受該輸入電壓的影響。
- 如請求項7之控制方法,其中該產生該控制信號的步驟包括:比較該第二迴授信號及感測信號產生一比較信號;以及根據該比較信號及一時脈產生該控制信號。
- 如請求項8之控制方法,其中該決定該電源轉換器是否進入休眠模式的步驟包括根據該第一迴授信號及預設 值產生一遮蔽信號遮蔽該時脈。
- 如請求項7之控制方法,其中該產生一第二迴授信號的步驟包括將該第一迴授信號減去一鋸齒波產生該第二迴授信號。
- 一種馳返式電源轉換器的控制電路,該電源轉換器包含一變壓器連接一功率開關,該功率開關因應一控制信號而切換以使該變壓器將一輸入電壓轉換為一輸出電壓,該控制電路包括:一補償電路,以一鋸齒波補償一第一感測信號產生一第二感測信號,該第一感測信號為通過該功率開關之電流的函數;以及一脈寬調變電路,根據一迴授信號及該第二感測信號產生該控制信號,該迴授信號為該輸出電壓的函數;其中,該鋸齒波用以穩定該電源轉換器的休眠模式的進入點。
- 如請求項11之控制電路,其中該脈寬調變電路包括:一比較器,比較該迴授信號及第二感測信號產生一比較信號;以及一正反器,根據該比較信號及一時脈產生該控制信號。
- 如請求項11之控制電路,其中該補償電路包括一加法器具有一第一正輸入連接該第一感測信號、一第二正輸入連接該鋸齒波以及一輸出提供該第二感測信號。
- 如請求項11之控制電路,更包括一休眠電路根據該迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入該休眠模式。
- 如請求項14之控制電路,其中該休眠電路包括一比較器根據該迴授信號及預設值產生一遮蔽信號以減少該功率開關的切換次數。
- 如請求項15之控制電路,其中該比較器包括一磁滯比較器。
- 一種馳返式電源轉換器的控制方法,該電源轉換器包含一變壓器連接一功率開關,該功率開關因應一控制信號而切換以使該變壓器將一輸入電壓轉換為一輸出電壓,該控制方法包括下列步驟:偵測該輸出電壓產生一迴授信號;偵測通過該功率開關的電流產生一第一感測信號;根據該迴授信號及一預設值決定該電源轉換器是否進入休眠模式;補償該第一感測信號產生一第二感測信號;以及根據該迴授信號及該第二感測信號產生該控制信號;其中,補償該第一感測信號係為了讓該休眠模式的進入點不受該輸入電壓的影響。
- 如請求項17之控制方法,其中該產生該控制信號的步驟包括:比較該迴授信號及第二感測信號產生一比較信號;以及 根據該比較信號及一時脈產生該控制信號。
- 如請求項18之控制方法,其中該決定該電源轉換器是否進入休眠模式的步驟包括根據該迴授信號及預設值產生一遮蔽信號遮蔽該時脈。
- 如請求項17之控制方法,其中該產生一第二感測信號的步驟包括將該第一感測信號加上一鋸齒波產生該第二感測信號。
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